The role of cis-regulatory elements during evolution at different evolutionary time points.

Résumé

La regulación transcripcional es un mecanismo clave en el complejo proceso de regulación génica. Este proceso permite controlar cuánto producto génico expresa, modifica o mantiene cada célula según sea necesario, afectando así la identidad celular. Esta regulación precisa ocurre debido a la interacción entre factores de transcripción y elementos reguladores cis. Observar cómo la evolución ha moldeado los elementos de la regulación génica ofrece una visión fascinante de los mecanismos que impulsan la adaptación y la novedad evolutiva. En esta tesis, utilizamos técnicas epigenómicas y transcriptómicas para explorar el papel de los elementos reguladores cis en diferentes escenarios evolutivos. En el primer escenario, abordamos cómo la regulación génica contribuye a la generación de novedades evolutivas en vertebrados. Para ello, utilizamos el anfioxo Branchiostoma lanceolatum, el animal vivo más similar al ancestro de los cordados, y lo comparamos con nuestro modelo animal vertebrado, el pez cebra. Los genomas de los vertebrados han experimentado dos rondas de duplicaciones completas del genoma, aumentando el número de copias génicas y contribuyendo a una regulación génica más compleja. Para ver cómo la regulación génica ha influenciado en la transición de cordados a vertebrados, tratamos embriones de ambas especies para alterar vías de señalización conservadas. Esta alteración reveló que, en los vertebrados, los genes del desarrollo tienden a tener más elementos reguladores cis, y que estos elementos integran más información regulatoria, lo que aumenta la interconectividad de las vías de señalización clave para el desarrollo. Este aumento de la interconectividad es esencial para la aparición de novedades morfológicas en los vertebrados. En el segundo escenario, exploramos el papel de los elementos reguladores cis durante la adaptación a un nuevo entorno utilizando el pez Astyanax mexicanus como organismo modelo. Este pez teleósteo tiene dos poblaciones bien diferenciadas. La población superficial vive en ríos y lagos de México. La población de peces de cueva ha conquistado sistemas de cuevas y ha experimentado varias adaptaciones fenotípicas para sobrevivir en ese entorno. Carecen de ojos y pigmentación, y han sufrido varios cambios metabólicos, acumulando más grasa que los peces de superficie. Estas adaptaciones ocurrieron en un período evolutivo corto e independientemente en diferentes comunidades de Astyanax. Utilizamos epigenómica y transcriptómica para comprender cómo los elementos reguladores cis han contribuido a esta adaptación rápida. Mediante este enfoque, descubrimos que la regulación de genes clave del desarrollo está alterada en los peces de cueva en comparación con los peces de superficie, lo que contribuye a esta adaptación. Además, encontramos cambios en los elementos reguladores cis que son clave para explicar esta rápida adaptación, ya que alteran redes específicas de regulación génica, como las redes de desarrollo ocular. En conjunto, nuestros estudios demuestran la importancia de la regulación génica y cómo los cambios en los elementos reguladores cis contribuyen a la generación de novedades evolutivas y adaptación durante el desarrollo. Nuestra comprensión de los mecanismos detrás de estos procesos proporciona información sobre cómo surge la diversidad biológica y cómo los organismos utilizan estos mecanismos para adaptarse a sus entornos.